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EP1307956A1 - Method and device for localising single-pole earth faults - Google Patents

Method and device for localising single-pole earth faults

Info

Publication number
EP1307956A1
EP1307956A1 EP01965173A EP01965173A EP1307956A1 EP 1307956 A1 EP1307956 A1 EP 1307956A1 EP 01965173 A EP01965173 A EP 01965173A EP 01965173 A EP01965173 A EP 01965173A EP 1307956 A1 EP1307956 A1 EP 1307956A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
branch
network
line section
values
neutral point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP01965173A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1307956B1 (en
Inventor
Albert Leikermoser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Adaptive Regelsysteme GmbH
Original Assignee
Adaptive Regelsysteme GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Adaptive Regelsysteme GmbH filed Critical Adaptive Regelsysteme GmbH
Priority to AT01965173T priority Critical patent/ATE297064T1/en
Publication of EP1307956A1 publication Critical patent/EP1307956A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1307956B1 publication Critical patent/EP1307956B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/38Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to both voltage and current; responsive to phase angle between voltage and current
    • H02H3/382Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to both voltage and current; responsive to phase angle between voltage and current involving phase comparison between current and voltage or between values derived from current and voltage
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/081Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/086Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution networks, i.e. with interconnected conductors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/44Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to the rate of change of electrical quantities
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/08Limitation or suppression of earth fault currents, e.g. Petersen coil

Definitions

  • the invention describes a method and a device for executing the method for locating single-pole earth faults in a branch or a line section of a point-compensated or star-point-insulated electrical supply network in which a neutral point displacement voltage between the star point of the supply transformer and earth, or one proportional to the neutral point displacement voltage Measured variable, and a zero current, or a measured variable proportional to the zero current, of each branch or line section of the network to be monitored in a suitable manner.
  • Some methods for locating single-pole earth faults in medium and high voltage networks are known. Most of these methods use the ohmic component of the zero current, i.e. that component of the zero-sequence current vector in the direction of the neutral point displacement voltage, for locating earth faults, since in stationary, i.e. settled, system state the capacitive zero current components caused by the individual phase earth capacitances of the feeder can no longer be distinguished from the capacitive or inductive components of the fault current possibly contained in the zero current.
  • these ohmic components are very small in relation to the capacitive and inductive components, which makes it difficult to reliably detect high-resistance earth faults due to the very small ohmic zero-current components.
  • phase relationship between zero current and neutral point displacement voltage uses the phase relationship between zero current and neutral point displacement voltage to locate earth faults, such as EP 963 025.
  • the zero currents of each branch to be monitored and the neutral point displacement voltage are measured and, based on the phase position of the measured quantities, it is determined whether a branch is faulty or is flawless.
  • the object of the invention is to create a method of the type mentioned at the beginning which can reliably locate earth faults in medium and high voltage networks using simple means.
  • This task is primarily solved for the method in that the measured values of the neutral point displacement voltage and the zero currents are digitized at predetermined times and the measured values are stored in digital form in at least one electronic memory and that the stored measured values from at least one measurement before and at least a measurement after an error occurs with a suitable mathematical method for locating single-pole earth faults.
  • the device achieves the object in that at least one analog / digital converter is provided, which converts the measured values into digital form at specific points in time, that at least one electronic memory is provided for storing the digitized measured values and that an evaluation unit is provided, which is suitable for carrying out a suitable mathematical method for locating single-pole earth faults on the basis of measured values from at least one measurement before and at least one measurement after an error occurs.
  • This method is able to separate the capacitive from the inductive components of the zero currents of the branches or line sections of the network and, due to this property, is capable of making statements about the faultiness in connection with single-pole earth faults on branches or line sections. Since these capacitive and inductive zero-current components are much larger than the ohmic zero-current components, this method allows a particularly sensitive and reliable location of earth faults.
  • the method can be simplified by the neutral point displacement voltage U ne and the zero currents i g k) at equidistant times T, corresponding to a predetermined one
  • YES becomes that it corresponds to an integer multiple of the network frequency f N.
  • the further method to continuously use the instantaneous measured values, at the time nT, and the corresponding stored measured values to form an integer number j of previous network periods of the neutral point displacement voltage U m and the zero currents i ⁇ k) a differential value for the zero current ⁇ / W (n) of each branch or line section of the network to be monitored and the neutral point displacement voltage ⁇ w (n) and to store these difference values in digital form in electronic memories, since these difference values can then be made available for further use.
  • the purpose of this difference is to subtract the stationary signal component from the transient signals generated in the event of an error before the error occurs.
  • a simplified method provides that the difference value for the zero-sequence current Ai k) (n) of each branch or line section of the network to be monitored and / or the difference value for the neutral point displacement voltage ⁇ u (n) equal to the current one
  • Time nT be set. Although this reduces the accuracy of the method, this simplified method for locating high-resistance earth faults is less suitable. However, in the event of an earth fault, the stationary signal component is relatively small relative to the current measured value, so that subtraction of the stationary signal component can be avoided, especially for locating low or medium-resistance earth faults. When using this simplified method, it is no longer absolutely necessary to select the sampling frequency f A as an integral multiple of the network frequency f N. In the following, the treatment of differential values therefore includes both the method described above and the simplified method with the respective definition of the differential values.
  • a fault condition of the network can be recognized very easily if one or more of the absolute values of the difference values cause the associated trigger threshold is successively exceeded for a predefined number and / or the absolute amounts of the instantaneous values of the neutral point displacement voltage U ne (n) successively exceed a predefined trigger threshold for a predefined number. It is particularly advantageous to indicate this error occurrence on an output unit, for example an output contact or an electronic display.
  • the evaluation of the differential equation can be carried out very simply numerically if, from the stored difference values ⁇ i m (n) and ⁇ u (n) using any numerical integration method, for example the trapezoidal rule, the Simpson rule, or a numerical integration method of higher order, the value sequences S ⁇ (n), S ⁇ n), S 2 (n) and S 3 (n), where the index n denotes the value of the respective value sequence at the time nT and the index 0 the time of the error occurrence, the four functions S ( (t ), 5 j (t), S 2 (t) and S 3 (t) These calculated value sequences are usefully stored for further use.
  • any numerical integration method for example the trapezoidal rule, the Simpson rule, or a numerical integration method of higher order
  • the value sequences S ⁇ (n), S ⁇ n), S 2 (n) and S 3 (n) where the index n denotes the value of the respective value sequence at the time nT and the index 0 the time of the error occurrence, the
  • the analysis of the fault status of the network can be carried out very easily with the help of this linear differential equation or second order difference equation by determining its constant coefficients ai, a 2 and a 3 , up to a m if necessary, if the coefficients a-, a and a 3 determined by any method, preferably by a method in the time domain, or in the image domain of any transformation, for example the Z transformation, such that the differential equation or difference equation or an equivalent equation in integral form for the functional relationship of zero current i ⁇ k of a monitored branch or line section k and the neutral point displacement voltage U ne is fulfilled as best as possible.
  • Particularly simple and quickly executable error detection criteria result from analysis of the coefficients in such a way that a monitored line section or branch is recognized as faulty if the associated coefficients a- ⁇ and / or a 2 are negative or less than a predefined threshold and are recognized as fault-free becomes if the associated coefficients ai and / or a 2 are positive or greater than a predefined threshold and that a 3 becomes zero in a star point isolated network.
  • a switching action that is incorrectly detected as a fault can be recognized as connecting or disconnecting a branch or line section of the network if all measured values U ne and i ⁇ k) of this branch or line section are essentially zero before or after the time of the switching action.
  • the end of the fault condition in the network can be recognized very easily if the effective value or absolute value of the neutral point displacement voltage U ne is one falls below a predefined error-free threshold for a predetermined time and it is advantageous to continue the method after the end of the error state has been recognized.
  • a significant simplification of the method results if the digitized measured values of the neutral point displacement voltage U ne and the zero currents i 0 (k) are sequentially stored in one, preferably ring-shaped, electronic memory of length M, since certain measured values are then particularly easy again can be found.
  • the ring-shaped memory stores only a limited number of measured values, which means that memory space can be saved. If, in addition, the length M of the annular memory is chosen such that it corresponds to an integral multiple of the quotient of the sampling frequency f A and the network frequency f N , the measured values of previous periods can be found particularly easily in the memory.
  • N difference values Ai (k) (n) and Au (n) of the neutral point displacement voltage U ne and the zero currents i ⁇ k) are formed and stored and then the measured value acquisition and the formation of the difference value until the end of the detection Fault condition is interrupted. This ensures that the transient changes in the measured quantities are not overwritten after an error occurs, that is, they remain saved and thus an analysis of the error state is made possible.
  • FIGS. 1 and 2 show the electrical equivalent circuit diagram of the zero-sequence system and a branch of a neutral point-compensated network
  • Fig. 2 is a schematic representation of the measured value acquisition and evaluation.
  • FIG. 1 shows the known electrical equivalent circuit diagram of a line section of a star point-compensated electrical supply network.
  • g L and the reciprocal of L are zero.
  • the leakage inductances and the ohmic resistances of the secondary winding of the supply transformer are represented by the longitudinal impedances Z LT , which are assumed to be the same size for all three phases.
  • the phase voltages C / j , U 2 and U 3 are fed into the network, here consisting of only one line section, and the phase currents i ⁇ , i 2 and i 3 flow.
  • the phase earth voltages U lE , U 2E and U 3E are present between the three phases and the earth.
  • a line section as is permissible for the considered frequency range of ⁇ 100 Hz, is described by longitudinal line impedances Z LL , consisting of an ohmic and an inductive term, and line derivative admittances Y A1 , Y A2 and Y A3 , consisting of an ohmic and a capacitive term.
  • a fault location 8 is represented by an ohmic resistor R F and the fault current i F flows .
  • Y s is the sum of the earth admittances of all branches and i vS is the sum of the displacement currents of all branches.
  • hs -U ne - Y L
  • Y L is the admittance from the earthing point of the quenching coil to the transformer star point and is composed of an ohmic conductance g L and the inductance L of the quenching coil. In the case of the star point-insulated network state, Y L is zero
  • the transfer function F (s) is through for a faulty branch a 3
  • the transfer function F (s) for the error-free case differs from the error case only by the coefficients a v a 2 and a 3 .
  • a 1 , a 2 > 0 the section k of the network under consideration is error-free since only the branch-specific conductance g w and the branch-specific capacitance C w occur.
  • the three coefficients a v a 2 and a 3 can now be determined with a suitable coefficient estimation method so that the equation error of the above equation transformed back into the time domain in the sense of the best approximation the sum of the equation errors is minimized over a number of samples in the quadratic mean.
  • This task can also be solved by using methods in the image area, such as suitable parameter estimation methods based on the z-transformation or bilinear transformation. Of course, all of these methods can also be applied to integral forms of the above equations. In particular, a method for determining the coefficients aa 2 and a 3 is presented here as a representative.
  • the neutral point displacement voltage U ne (n), or a measured variable proportional to the neutral point displacement voltage, and the zero current i 0 (n) of each branch or line section to be monitored are measured with a voltage measuring unit 2 or with current measuring units 3 and by means of analog / digital -Converters 4 digitized.
  • the sampling frequency f A is preferably chosen as an integer multiple of the network frequency f N.
  • Measured value differences can now be easily formed from these measured value sequences, with the stored measured value of an integer multiple of previous mains frequency periods always being subtracted from the current measured value, i.e. in the event of an error, the measured value before the error occurs from the measured value in the event of an error, in accordance with the relationships given above and the resultant measurement difference sequences Au (n) and Ai (n) are also stored.
  • the memories 7 are organized as ring-shaped memories and for the length of the measured value memories M to correspond exactly to an integral multiple of the quotient of the sampling frequency f A and the network frequency f N , since it is then very simple to measure an integral multiple of a previous period find.
  • This measurement value acquisition is carried out continuously until an earth fault 8 is detected.
  • This occurrence of the fault can be recognized by a sudden change in ⁇ w (t) and / or ⁇ z " (t), since both variables must be approximately zero in the fault-free stationary state of the network.
  • the method according to the invention can be used to detect low- or medium-resistance earth faults with the difference values ⁇ w (t) and ⁇ z ' (t) also with the
  • Measured values of neutral point displacement voltage U ne (n) and zero current i 0 (n) can be carried out by yourself.
  • the sampling frequency f A no longer necessarily has to correspond to an integer multiple of the network frequency f N.
  • the measured value differences are compared with predefined trigger thresholds and an error is displayed on the display device 6 when a predetermined number of the absolute amounts of the differences successively exceed the associated trigger threshold and / or the absolute amounts of the instantaneous values of the Neutral point displacement voltage U ne (n) successively exceed a predefined trigger threshold for a predefined number.
  • N the number of measured values are formed and stored, where N ⁇ M.
  • the end of the fault state is awaited and measurement data acquisition is started again.
  • the end of the error state can be recognized by measuring and monitoring the neutral point displacement voltage, the error message being withdrawn if the neutral point displacement voltage falls below a predefined error-free threshold.
  • the function S j (t) or S j (n) can be used to reconstruct the magnetic saturation state of the quenching coil, because due to the law of induction, a proportionality between the first derivative of the magnetic flux according to time and the coil voltage, i.e. the displacement voltage. Of course, this proportionality remains the same for the temporal integrals of the two quantities except for an additive constant. It can therefore be assumed that the change in magnetic flux from the time the error occurs is proportional to the change in the displacement voltage integral, i.e.
  • a / D converters used are at the discretion of a person skilled in the art.
  • microcomputers with already integrated A / D converters.

Landscapes

  • Locating Faults (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

The aim of the invention is to provide a method that can be simply implemented for the reliable localisation of single-pole earth faults in a branch or a line section of a neutral-point compensated or insulated electric supply network, in which a neutral point biasing voltage is measured between the neutral point of the supply transformer and earth, in addition to a zero current of each branch or line section of the network that should be monitored. The aim is primarily achieved as follows: the measured values of the neutral point biasing voltage and the zero currents are digitised at predetermined times and said measured values are stored in digital form in at least one electronic memory. The stored measured values from at least one measuring process before and at least one measuring process after the occurrence of a fault are evaluated using an appropriate mathematic procedure that localises single-pole earth faults.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Orten von einpoligen Erdfehlern Method and device for locating single-pole earth faults
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens zur Ortung von einpoligen Erdfehlern in einem Abzweig oder einem Leitungsabschnitt eines stempunktkompensierten oder sternpunktisolierten elektrischen Versorgungsnetzes, bei welchem eine Sternpunkt-Verlagerungsspannung zwischen Sternpunkt des Versorgungstransformators und Erde, beziehungsweise eine der Sternpunkt- Verlagerungsspannung proportionale Messgröße, und ein Nullstrom, beziehungsweise eine dem Nullstrom proportionale Messgröße, jedes zu überwachenden Abzweiges oder Leitungsabschnittes des Netzes in einer geeigneten Weise gemessen werden.The invention describes a method and a device for executing the method for locating single-pole earth faults in a branch or a line section of a point-compensated or star-point-insulated electrical supply network in which a neutral point displacement voltage between the star point of the supply transformer and earth, or one proportional to the neutral point displacement voltage Measured variable, and a zero current, or a measured variable proportional to the zero current, of each branch or line section of the network to be monitored in a suitable manner.
Es sind einige Verfahren zur Ortung von einpoligen Erdfehlern in Mittel- und Hochspannungsnetzen bekannt. Die meisten dieser Verfahren verwenden die ohmsche Komponente des Nullstromes, d.h. jene Komponente des Nullstromvektors in Richtung der Sternpunkt-Verlagerungsspannung, zur Ortung von Erdfehlern, da im stationären, d.h. eingeschwungenen, Systemzustand die von den einzelnen Phasen-Erdkapazitäten des Abzweiges verursachten kapazitiven Nullstromkomponenten von den kapazitiven bzw. induktiven Komponenten des eventuell im Nullstrom enthaltenen Fehlerstromes nicht mehr unterscheidbar sind. Allerdings sind diese ohmsche Komponenten sehr klein im Verhältnis zu den kapazitiven und induktiven Anteilen, womit es schwierig wird hochohmige Erdfehler, aufgrund der sehr kleinen ohmschen Nullstromanteile, sicher zu detektieren.Some methods for locating single-pole earth faults in medium and high voltage networks are known. Most of these methods use the ohmic component of the zero current, i.e. that component of the zero-sequence current vector in the direction of the neutral point displacement voltage, for locating earth faults, since in stationary, i.e. settled, system state the capacitive zero current components caused by the individual phase earth capacitances of the feeder can no longer be distinguished from the capacitive or inductive components of the fault current possibly contained in the zero current. However, these ohmic components are very small in relation to the capacitive and inductive components, which makes it difficult to reliably detect high-resistance earth faults due to the very small ohmic zero-current components.
Andere Verfahren verwenden die Phasenbeziehung zwischen Nullstrom und Sternpunkt- Verlagerungsspannung zur Ortung von Erdfehlern, wie beispielsweise die EP 963 025. Hier werden die Nullströme jedes zu überwachenden Abzweiges und die Sternpunkt- Verlagerungsspannung gemessen und anhand der Phasenlage der gemessenen Größen festgestellt ob ein Abzweig fehlerhaft oder fehlerfrei ist.Other methods use the phase relationship between zero current and neutral point displacement voltage to locate earth faults, such as EP 963 025. Here the zero currents of each branch to be monitored and the neutral point displacement voltage are measured and, based on the phase position of the measured quantities, it is determined whether a branch is faulty or is flawless.
Die Erfindung stellt sich das Ziel, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches mit einfachen Mitteln Erdfehler in Mittel- und Hochspannungsnetzen zuverlässig orten kann.The object of the invention is to create a method of the type mentioned at the beginning which can reliably locate earth faults in medium and high voltage networks using simple means.
Diese Aufgabe wird für das Verfahren vorrangig dadurch gelöst, dass die Messwerte der Sternpunkt-Verlagerungsspannung und der Nullströme zu vorbestimmten Zeitpunkten digitalisiert werden und die Messwerte in digitaler Form in zumindest einen elektronischen Speicher abgelegt werden und dass die gespeicherten Messwerte von zumindest einer Messung vor und zumindest einer Messung nach einem Fehlereintritt mit einem geeigneten mathematischen Verfahren zur Ortung von einpoligen Erdfehlern ausgewertet werden. Für die Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest ein Analog/Digital-Wandler vorgesehen ist, der die Messwerte zu bestimmten Zeitpunkten in eine digitale Form umwandelt, dass zumindest ein elektronischer Speicher zum Speichern der digitalisierten Messwerte vorgesehen ist und dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, die zum Ausführen eines geeigneten mathematischen Verfahrens zur Ortung von einpoligen Erdfehlern anhand von Messwerten von zumindest einer Messung vor und zumindest einer Messung nach einem Fehlereintritt geeignet ist.This task is primarily solved for the method in that the measured values of the neutral point displacement voltage and the zero currents are digitized at predetermined times and the measured values are stored in digital form in at least one electronic memory and that the stored measured values from at least one measurement before and at least a measurement after an error occurs with a suitable mathematical method for locating single-pole earth faults. For The device achieves the object in that at least one analog / digital converter is provided, which converts the measured values into digital form at specific points in time, that at least one electronic memory is provided for storing the digitized measured values and that an evaluation unit is provided, which is suitable for carrying out a suitable mathematical method for locating single-pole earth faults on the basis of measured values from at least one measurement before and at least one measurement after an error occurs.
Dadurch, dass die Messwerte in digitaler Form vorliegen und abgespeichert werden, ist es möglich das transiente Einschwingverhalten des Nullstromes und der Stempunkt- Verlagerungsspannung nach dem Eintritt eines Erdfehlers zu analysieren. Dieses Verfahren ist in der Lage, die kapazitiven von den induktiven Anteilen der Nullströme der Abzweige oder Leitungsabschnitte des Netzes zu trennen und ist aufgrund dieser Eigenschaft befähigt, Aussagen über die Fehlerhaftigkeit im Zusammenhang mit einpoligen Erdfehlern auf Abzweigen oder Leitungsabschnitten durchzuführen. Da diese kapazitiven und induktiven Nullstromanteile sehr viel größer sind wie die ohmschen Nullstromanteile erlaubt diese Methode eine besonders sensible und zuverlässige Ortung von Erdfehlern.Because the measured values are available in digital form and saved, it is possible to analyze the transient settling behavior of the zero current and the star point displacement voltage after an earth fault has occurred. This method is able to separate the capacitive from the inductive components of the zero currents of the branches or line sections of the network and, due to this property, is capable of making statements about the faultiness in connection with single-pole earth faults on branches or line sections. Since these capacitive and inductive zero-current components are much larger than the ohmic zero-current components, this method allows a particularly sensitive and reliable location of earth faults.
Als ganz besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn der funktioneile Zusammenhang des Verhaltens des Nullstromes i^k) jedes zu überwachenden Abzweiges oderIt proves to be particularly advantageous if the functional relationship of the behavior of the zero current i ^ k) of each branch or to be monitored
Leitungsabschnittes k des Netzes und der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une sowohl für den Fall der Fehlerfreiheit, als auch für den Fehlerfall durch eine lineare Differentialgleichung oder Differenzengleichung zweiter oder höherer Ordnung, beziehungsweise durch deren zugehörige äquivalente Gleichung in integraler Form, vorzugsweise in deren numerischer Schreibweise St(n) = a^S^n)-^ a2S2{n) + a3S3(n) [+... + amSm(n)] , beschrieben wird. Dadurch, dass sich der Fehlerfall vom Fall der Fehlerfreiheit nur durch die Koeffizienten der Differentialgleichung unterscheidet, kann durch Bestimmen dieser Koeffizienten sehr einfach ein fehlerhafter Abzweig geortet werden.Line section k of the network and the neutral point displacement voltage U ne both for the case of freedom from errors, as well as for the case of errors by a linear differential equation or difference equation of second or higher order, or by their associated equivalent equation in an integral form, preferably in their numerical notation S t (n) = a ^ S ^ n) - ^ a 2 S 2 {n) + a 3 S 3 (n) [+ ... + a m S m (n)]. Because the error case differs from the case of freedom from errors only by the coefficients of the differential equation, a faulty branch can be located very easily by determining these coefficients.
Das Verfahren kann vereinfacht werden, indem die Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une und die Nullströme ig k) zu äquidistanten Zeitpunkten T , entsprechend einer vorgegebenenThe method can be simplified by the neutral point displacement voltage U ne and the zero currents i g k) at equidistant times T, corresponding to a predetermined one
Abtastfrequenz fA , mit T = — , gemessen werden und die Abtastfrequenz fA so gewähltSampling frequency f A , with T = -, are measured and the sampling frequency f A selected
J A wird, dass sie einem ganzzahligen Vielfachen der Netzfrequenz fN entspricht.YES becomes that it corresponds to an integer multiple of the network frequency f N.
Besonders vorteilhaft für das weitere Verfahren ist es, kontinuierlich aus den momentanen Messwerten, zum Zeitpunkt nT , und den entsprechenden gespeicherten Messwerten einer ganzzahligen Anzahl j vorhergehender Netzperioden der Sternpunkt- Verlagerungsspannung Um und der Nullströme i^k) je ein Differenzwert für den Nullstrom Δ/W(n) jedes zu überwachenden Abzweiges oder Leitungsabschnittes des Netzes und der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Δw(n) zu bilden und diese Differenzwerte in digitaler Form in elektronischen Speichern abzulegen, da diese Differenzwerte dann für eine weitere Verwendung zur Verfügung gestellt werden können. Diese Differenzbildung hat den Zweck, von den im Fehlerfall entstehenden transienten Signalen den stationären Signalanteil vor Fehlereintritt in Abzug zu bringen.It is particularly advantageous for the further method to continuously use the instantaneous measured values, at the time nT, and the corresponding stored measured values to form an integer number j of previous network periods of the neutral point displacement voltage U m and the zero currents i ^ k) a differential value for the zero current Δ / W (n) of each branch or line section of the network to be monitored and the neutral point displacement voltage Δw (n) and to store these difference values in digital form in electronic memories, since these difference values can then be made available for further use. The purpose of this difference is to subtract the stationary signal component from the transient signals generated in the event of an error before the error occurs.
Ein vereinfachtes Verfahren sieht vor, dass der Differenzwert für den Nullstrom Ai k)(n) jedes zu überwachenden Abzweiges oder Leitungsabschnittes des Netzes und/oder der Differenzwert für die Sternpunkt-Verlagerungsspannung Δu(n) gleich der momentanenA simplified method provides that the difference value for the zero-sequence current Ai k) (n) of each branch or line section of the network to be monitored and / or the difference value for the neutral point displacement voltage Δu (n) equal to the current one
Messwerte der Nullströme i^k) bzw. der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une zumMeasured values of the zero currents i ^ k) or the neutral point displacement voltage U ne at
Zeitpunkt nT gesetzt werden. Dadurch sinkt zwar die Genauigkeit des Verfahrens, sodass dieses vereinfachte Verfahren zur Ortung von hochohmigen Erdfehlern weniger gut geeignet ist. Jedoch ist im Falle eines Erdfehlers der stationäre Signalanteil relativ zum momentanen Messwert relativ klein, sodass vor allem zur Ortung von nieder- oder mittelohmigen Erdfehlern von einer Subtraktion des stationären Signalanteils abgesehen werden kann. Bei der Anwendung dieses vereinfachten Verfahrens ist auch nicht mehr zwingenderweise notwendig die Abtastfrequenz fA als ein ganzzahliges Vielfaches der Netzfrequenz fN zu wählen. Im Folgenden sind daher bei der Behandlung von Differenzwerten sowohl das weiter oben beschriebene Verfahren als auch das vereinfachte Verfahren mit der jeweiligen Definition der Differenzwerte umfasst.Time nT be set. Although this reduces the accuracy of the method, this simplified method for locating high-resistance earth faults is less suitable. However, in the event of an earth fault, the stationary signal component is relatively small relative to the current measured value, so that subtraction of the stationary signal component can be avoided, especially for locating low or medium-resistance earth faults. When using this simplified method, it is no longer absolutely necessary to select the sampling frequency f A as an integral multiple of the network frequency f N. In the following, the treatment of differential values therefore includes both the method described above and the simplified method with the respective definition of the differential values.
Werden die Absolutbeträge der Momentanwerte der Differenzwerte Δi(k)(n) jedes zu überwachenden Abzweiges oder Leitungsabschnittes und Δw(n) mit vordefinierten Triggerschwellen verglichen, kann sehr einfach ein Fehlerzustand des Netzes erkannt werden, wenn durch einen oder mehreren der Absolutbeträge der Differenzwerte die zugehörige Triggerschwelle hintereinanderfolgend für eine vordefinierte Anzahl überschritten wird und/oder die Absolutbeträge der Momentanwerte der Sternpunkt- Verlagerungsspannung Une(n) eine vordefinierte Triggerschwelle hintereinanderfolgend für eine vordefinierte Anzahl überschreiten. Besonders vorteilhaft ist es diesen Fehlereintritt an einer Ausgabeeinheit, beispielsweise ein Ausgabekontakt oder ein elektronisches Display anzuzeigen. Die Auswertung der Differentialgleichung kann sehr einfach numerisch durchgeführt werden, wenn aus den gespeicherten Differenzwerten Δim(n) und Δu(n) mit Hilfe einer beliebigen numerischen Integrationsmethode, beispielsweise der Trapezregel, der Simpsonregel, oder einem numerischen Integrationsverfahren höherer Ordnung, die Wertefolgen Sι(n), S^n), S2(n) und S3(n), wobei der Index n den Wert der jeweiligen Wertefolge zum Zeitpunkt nT und der Index 0 den Zeitpunkt des Fehlereintrittes bezeichnet, der vier Funktionen S((t), 5j(t), S2(t) und S3(t) ermittelt werden. Diese berechneten Wertefolgen werden für die weitere Verwendung sinnvollerweise abgespeichert.If the absolute values of the instantaneous values of the difference values Δi (k) (n) of each branch or line section to be monitored and Δw (n) are compared with predefined trigger thresholds, a fault condition of the network can be recognized very easily if one or more of the absolute values of the difference values cause the associated trigger threshold is successively exceeded for a predefined number and / or the absolute amounts of the instantaneous values of the neutral point displacement voltage U ne (n) successively exceed a predefined trigger threshold for a predefined number. It is particularly advantageous to indicate this error occurrence on an output unit, for example an output contact or an electronic display. The evaluation of the differential equation can be carried out very simply numerically if, from the stored difference values Δi m (n) and Δu (n) using any numerical integration method, for example the trapezoidal rule, the Simpson rule, or a numerical integration method of higher order, the value sequences Sι (n), S ^ n), S 2 (n) and S 3 (n), where the index n denotes the value of the respective value sequence at the time nT and the index 0 the time of the error occurrence, the four functions S ( (t ), 5 j (t), S 2 (t) and S 3 (t) These calculated value sequences are usefully stored for further use.
Die Analyse des Fehlerzustandes des Netzes lässt sich ganz besonders einfach mithilfe dieser linearen Differentialgleichung beziehungsweise Differenzengleichung zweiter Ordnung durch Bestimmung ihrer konstanten Koeffizienten a-i, a2 und a3, bis gegebenenfalls am, durchführen, wenn man dafür die Koeffizienten a- , a und a3 durch eine beliebige Methode, vorzugsweise durch eine Methode im Zeitbereich, oder im Bildbereich einer beliebigen Transformation, beispielsweise der Z-Transformation, so bestimmt, dass die Differentialgleichung oder Differenzengleichung bzw. eine äquivalente Gleichung in integraler Form für den funktioneilen Zusammenhang von Nullstrom i^k eines überwachten Abzweiges oder Leitungsabschnittes k und der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une bestmöglich erfüllt wird. Ein besonders einfaches und schnell durchführbares Verfahren erhält man, wenn für zumindest einen zu überwachenden Abzweig oder Leitungsabschnitt des Netzes die Koeffizienten ai , a2 und a3 aus einem linearen Gleichungssystem dritter Ordnung, C^-a = b , berechnet werden.The analysis of the fault status of the network can be carried out very easily with the help of this linear differential equation or second order difference equation by determining its constant coefficients ai, a 2 and a 3 , up to a m if necessary, if the coefficients a-, a and a 3 determined by any method, preferably by a method in the time domain, or in the image domain of any transformation, for example the Z transformation, such that the differential equation or difference equation or an equivalent equation in integral form for the functional relationship of zero current i ^ k of a monitored branch or line section k and the neutral point displacement voltage U ne is fulfilled as best as possible. A particularly simple and quickly executable method is obtained if the coefficients ai, a 2 and a 3 are calculated for at least one branch or line section of the network to be monitored from a third-order linear system of equations, C ^ -a = b.
Besonders einfache und schnell durchführbare Fehlererkennungskriterien ergeben sich durch Analyse der Koeffizienten in der Art, dass ein überwachter Leitungsabschnitt oder Abzweig als fehlerhaft erkannt wird, wenn die zugehörigen Koeffizienten a-ι und/oder a2 negativ oder kleiner einer vordefinierten Schwelle sind und als fehlerfrei erkannt wird, wenn die zugehörigen Koeffizienten ai und/oder a2 positiv oder größer einer vordefinierten Schwelle sind und dass a3 in einen sternpunktisolierten Netz null wird. Außerdem kann sehr einfach eine fälschlicherweise als Fehler detektierte Schalthandlung als ein Zuschalten oder Wegschalten eines Abzweiges oder Leitungsabschnittes des Netzes erkannt werden, wenn alle Messwerte Une und i^k) dieses Abzweiges oder Leitungsabschnittes vor beziehungsweise nach dem Zeitpunkt der Schalthandlung im Wesentlichen Null sind.Particularly simple and quickly executable error detection criteria result from analysis of the coefficients in such a way that a monitored line section or branch is recognized as faulty if the associated coefficients a-ι and / or a 2 are negative or less than a predefined threshold and are recognized as fault-free becomes if the associated coefficients ai and / or a 2 are positive or greater than a predefined threshold and that a 3 becomes zero in a star point isolated network. In addition, a switching action that is incorrectly detected as a fault can be recognized as connecting or disconnecting a branch or line section of the network if all measured values U ne and i ^ k) of this branch or line section are essentially zero before or after the time of the switching action.
Das Ende des Fehlerzustandes im Netz kann sehr einfach erkannt werden, wenn der Effektivwert oder Absolutbetrag der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une eine vordefinierte Fehlerfrei-Schwelle für eine vorgegebene Zeit unterschreitet und es ist vorteilhaft nach dem Erkennen des Endes des Fehlerzustandes das Verfahren fortzusetzen.The end of the fault condition in the network can be recognized very easily if the effective value or absolute value of the neutral point displacement voltage U ne is one falls below a predefined error-free threshold for a predetermined time and it is advantageous to continue the method after the end of the error state has been recognized.
Eine wesentliche Vereinfachung des Verfahrens ergibt sich, wenn die digitalisierten Messwerte der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une und der Nullströme i0 (k) sequentiell in je einen, vorzugsweise ringförmig organisierten, elektronischen Speicher der Länge M abgelegt werden, da dann bestimmte Messwerte besonders einfach wieder aufgefunden werden können. Außerdem werden durch den ringförmigen Speicher nur eine begrenzte Anzahl von Messwerten abgespeichert, wodurch Speicherplatz eingespart werden kann. Wird zusätzlich noch die Länge M des ringförmigen Speichers so gewählt, dass sie einem ganzzahligen Vielfachen des Quotienten aus Abtastfrequenz fA und Netzfrequenz fN entspricht, lassen sich die Messwerte vorangegangener Perioden besonders leicht im Speicher auffinden.A significant simplification of the method results if the digitized measured values of the neutral point displacement voltage U ne and the zero currents i 0 (k) are sequentially stored in one, preferably ring-shaped, electronic memory of length M, since certain measured values are then particularly easy again can be found. In addition, the ring-shaped memory stores only a limited number of measured values, which means that memory space can be saved. If, in addition, the length M of the annular memory is chosen such that it corresponds to an integral multiple of the quotient of the sampling frequency f A and the network frequency f N , the measured values of previous periods can be found particularly easily in the memory.
Die weitere Verwendung der berechneten Differenzwerte wird vereinfacht, wenn die berechneten Differenzwerte Aim(n) und Au(n) sequentiell in, vorzugsweise ringförmig organisierten, elektronischen Speichern der Länge N abgelegt werden und die Länge N kleiner oder gleich als die Länge M gewählt wird, da dann bestimmte Differenzwerte wieder sehr leicht aufzufinden sind.The further use of the calculated difference values is simplified if the calculated difference values Ai m (n) and Au (n) are stored sequentially in electronic memories of length N, preferably organized in a ring, and the length N is chosen to be less than or equal to the length M. , because then certain difference values are very easy to find again.
Die Auswertung der Messwerte und der Differenzwerte vereinfacht sich, wenn nach demThe evaluation of the measured values and the difference values is simplified if after the
Erkennen eines Fehlerzustandes nur noch genau N Differenzwerte Ai(k)(n) und Au(n) der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une und der Nullströme i^k) gebildet und abgespeichert werden und danach die Messwerterfassung und die Differenzwertbildung bis zur Erkennung des Endes des Fehlerzustandes unterbrochen wird. Dadurch stellt man sicher, dass die transienten Änderungen der gemessenen Größen nach einem Fehlereintritt nicht überschrieben werden, also gespeichert bleiben und somit eine Analyse des Fehlerzustandes ermöglicht wird.Detection of an error state only exactly N difference values Ai (k) (n) and Au (n) of the neutral point displacement voltage U ne and the zero currents i ^ k) are formed and stored and then the measured value acquisition and the formation of the difference value until the end of the detection Fault condition is interrupted. This ensures that the transient changes in the measured quantities are not overwritten after an error occurs, that is, they remain saved and thus an analysis of the error state is made possible.
Setzt man als Auswerteeinheit einen Mikroprozessor ein, erhält man eine besonders flexible Ausführungsvariante. Es kann dadurch sehr einfach die Methode zur Ortung von Erdfehlern angepasst oder sogar verändert werden.If a microprocessor is used as the evaluation unit, a particularly flexible design variant is obtained. This makes it very easy to adapt or even change the method for locating earth faults.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Erläuterungen unter Bezugnahme auf die begleitenden beispielhaften und nicht einschränkenden Zeichnungen Fig. 1 und Fig. 2 näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 das elektrische Ersatzschaltbild des Nullsystems und eines Abzweiges eines sternpunktkompensierten Netzes,The invention is described in more detail with reference to the following explanations with reference to the accompanying exemplary and non-restrictive drawings in FIGS. 1 and 2. In the drawing shows 1 shows the electrical equivalent circuit diagram of the zero-sequence system and a branch of a neutral point-compensated network,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Messwerterfassung und Auswertung.Fig. 2 is a schematic representation of the measured value acquisition and evaluation.
In Fig. 1 ist das bekannte elektrische Ersatzschaltbild eines Leitungsabschnittes eines sternpunktkompensierten elektrischen Versorgungsnetzes dargestellt. Zwischen dem1 shows the known electrical equivalent circuit diagram of a line section of a star point-compensated electrical supply network. Between the
Transformatorsternpunkt und dem Erdungspunkt befindet sich eine Löschspule 1 , die durch einen ohmschen Leitwert gL und einer Induktivität L beschrieben wird. Im Fall eines sternpunktisolierten Netzes ist gL und der Kehrwert von L gleich Null. Die Streuinduktivitäten sowie die ohmschen Widerstände der Sekundärwicklung des Speisetransformators werden durch die für alle drei Phasen als gleich groß angenommenen Längsimpedanzen ZLT repräsentiert. In das Netz, hier bestehend aus nur einem Leitungsabschnitt, werden die Phasenspannungen C/j , U2 und U3 eingespeist und es fließen die Phasenströme iγ , i2 und i3. Zwischen den drei Phasen und der Erde liegen die Phasen-Erdspannungen UlE , U2E und U3E an. Ein Leitungsabschnitt wird, wie für den betrachteten Frequenzbereich von <100Hz zulässig, durch Leitungslängsimpedanzen ZLL , bestehend aus einem ohmschen und einem induktiven Term, und Leitungsableitadmittanzen YA1 , YA2 und YA3 , bestehend aus einem ohmschen und einem kapazitiven Term, beschrieben. Über die Leitungsableitadmittanzen YAl , YA2 und YA3 fließen die Ableitströme iAl , iA2 und iA3. Eine Fehlerstelle 8 wird durch einen ohmschen Widerstand RF repräsentiert und es fließt der Fehlerstrom iF . DieTransformer star point and the ground point there is an erase coil 1, which is described by an ohmic conductance g L and an inductance L. In the case of a star-insulated network, g L and the reciprocal of L are zero. The leakage inductances and the ohmic resistances of the secondary winding of the supply transformer are represented by the longitudinal impedances Z LT , which are assumed to be the same size for all three phases. The phase voltages C / j , U 2 and U 3 are fed into the network, here consisting of only one line section, and the phase currents i γ , i 2 and i 3 flow. The phase earth voltages U lE , U 2E and U 3E are present between the three phases and the earth. A line section, as is permissible for the considered frequency range of <100 Hz, is described by longitudinal line impedances Z LL , consisting of an ohmic and an inductive term, and line derivative admittances Y A1 , Y A2 and Y A3 , consisting of an ohmic and a capacitive term. The leakage currents i Al, i A2 and A3 i flowing through the Leitungsableitadmittanzen Y Al, Y A2 and Y A3. A fault location 8 is represented by an ohmic resistor R F and the fault current i F flows . The
Ableitströme iA1 , iA2 und iA3 und der Fehlerstrom ip fließen als Nullstrom ι'„ diesesLeakage currents i A1 , i A2 and i A3 and the fault current i p flow as zero current ι ' "this
Leitungsabschnittes im sternpunktkompensierten Fall über die Löschspule zum Transformatorsternpunkt zurück, während im Fall des sternpunktisolierten Netzbetriebes die Ableitströme über die Fehlerstelle zurückfließen müssen. Am Erdungspunkt der Löschspule vereinigen sich die Nullströme aller vorhanden Leitungsabschnitte zur Summe derLine section in the star point compensated case back to the transformer star point via the quenching coil, while in the case of star point insulated mains operation the leakage currents have to flow back through the fault location. At the earthing point of the quenching coil, the zero currents of all existing line sections combine to form the sum of
Nullströme iQS . Verbraucherseitig, repräsentiert durch Verbraucherimpedanzen Zv fließen die Verbraucherströme ivl , iv2 und iV3.Zero currents i QS . On the consumer side, represented by consumer impedances Z v , the consumer currents i vl , i v2 and i V3 flow.
Dieses Ersatzschaltbild wird zur Herleitung von für das erfindungsgemäße Verfahren wichtigen Beziehungen verwendet. Zu den folgenden Erläuterungen sei vorab angemerkt, dass sich die nachfolgenden Formeln, wenn nicht anders angemerkt, auf die Laplacetransformierten der jeweiligen elektrischen Größen beziehen, die vorkommenden elektrischen Größen zwecks Vereinfachung der Schreibweise jedoch nicht explizit als Funktion der komplexen Frequenzvariablen s geschrieben werden, also wird beispielsweise Une(s) mit Um bezeichnet.This equivalent circuit diagram is used to derive relationships which are important for the method according to the invention. Regarding the following explanations, it should be noted in advance that the following formulas, unless otherwise stated, relate to the Laplace transforms of the respective electrical quantities, the occurring electrical quantities in order to simplify the However, the spelling cannot be written explicitly as a function of the complex frequency variable s, for example U ne (s) is referred to as U m .
Wie aus dem elektrischen Ersatzschaltbild Fig. 1 entnommen werden kann, ergibt sich der Nullstrom i0 eines beliebigen Abzweiges als sehr gute Näherung aus der BeziehungAs can be seen from the electrical equivalent circuit diagram in FIG. 1, the zero current i 0 of any branch results as a very good approximation from the relationship
i0 = U„ - Y + if + ir ,i 0 = U "- Y + i f + i r ,
mit der Erdadmittanz Y = (YA1 + YA2 + YA3), dem Verlagerungsstrom, bzw. Unsymmetriestrom, iv = (ül • AYM + U2 AYA2 + U3 AYAZ), wobei die Terme AYAi die Unsymmetrie derwith the earth admittance Y = (Y A1 + Y A2 + Y A3 ), the displacement current, or asymmetry current, i v = (ü l • AY M + U 2 AY A2 + U 3 AY AZ ), the terms AY Ai the asymmetry of the
Erdadmittanzen beschreiben, und dem im Fehlerfall vorhandenen Fehlerstrom if .Describe earth admittances and the fault current i f in the event of a fault.
Für die Erdadmittanz Y eines Abzweiges oder Leitungsabschnittes k genügt es im betrachteten Frequenzbereich (<100Hz) in hinreichender Genauigkeit Y durch eineFor the earth admittance Y of a branch or line section k, it suffices in the frequency range under consideration (<100 Hz) with sufficient accuracy Y by a
Parallelschaltung der Summe der einzelnen Phasen-Erdkapazitäten C und der Summe der ohmschen Leitwerte g der drei Phasen gegen Erde zu repräsentieren.To represent parallel connection of the sum of the individual phase earth capacitances C and the sum of the ohmic conductance values g of the three phases against earth.
γm = gw +C(k - sγm = g w + C (k - s
Für die Summe der Nullströme aller Abzweige ios gilt dann unter Voraussetzung, dass nur in einem der Abzweige ein Fehlerstrom vorhanden ist,For the sum of the zero currents of all branches i os, the following then applies, provided that a fault current is only present in one of the branches,
l0S = *-> ne ' J "*" lf + lvS ' l 0S = * -> ne ' J " * " l f + l vS'
wobei Ys die Summe der Erdadmittanzen aller Abzweige und ivS die Summe der Verlagerungsströme aller Abzweige bezeichnet. Gemäß der Beziehung für die Erdadmittanz Y eines Abzweiges folgt durch Summenbildung, mit dem Summenleitwert gs aller Abzweige und der Summenkapazität Cs aller Abzweige,where Y s is the sum of the earth admittances of all branches and i vS is the sum of the displacement currents of all branches. According to the relationship for the earth admittance Y of a branch, by summing, with the total conductance g s of all branches and the total capacitance C s of all branches,
Ys = 8s + Cs >s .Y s = 8s + C s > s.
Die Nullströme aller Abzweige ios fließen dabei im sternpunktkompensierten Netzbetrieb über die Löschspule zum Transformatorsternpunkt zurück, wodurch folgende Beziehung aufgestellt werden kann.The zero currents of all branches i os flow back to the transformer star point via the quenching coil in neutral point compensated mains operation, whereby the following relationship can be established.
hs = -Une - YL YL ist die Admittanz vom Erdungspunkt der Löschspule bis zum Transformatorsternpunkt und setzt sich aus einem ohmschen Leitwert gL und der Induktivität L der Löschspule zusammen. Im Fall des sternpunktisolierten Netzzustandes ist YL gleich nullhs = -U ne - Y L Y L is the admittance from the earthing point of the quenching coil to the transformer star point and is composed of an ohmic conductance g L and the inductance L of the quenching coil. In the case of the star point-insulated network state, Y L is zero
YL = 8L + *Y L = 8 L + *
L- sL- s
Durch Gleichsetzen der obigen Gleichungen für den Summennullstrom ios erhält man eine Beziehung für die Sternpunkt-Verlagerungsspannung U .By equating the above equations for the total zero current i os , a relationship for the neutral point displacement voltage U is obtained.
Sei jetzt per Definition das Gesamtnetz während des mit Index (1) gekennzeichneten Zeitpunktes fehlerfrei und der Erdfehlerfall durch den Index (2) gekennzeichnet, dann gelten unter der Voraussetzung, dass sich die ohmschen Ableitungen, die Kapazitäten und die Induktivität der Löschspule 1 während dieser beiden Messzyklen nicht geändert haben und außerdem die natürlichen Verlagerungsströme aller Abzweige gleich geblieben sind unter Berücksichtigung der obigen Herleitungen die folgenden Beziehungen für die Sternpunkt- Verlagerungsspannung und die Nullströme eines Abzweiges oder Leitungsabschnittes des Netzes.If, by definition, the entire network is now error-free during the point in time marked with index (1) and the earth fault is identified by index (2), then the following apply, provided that the ohmic leads, the capacitances and the inductance of the quenching coil 1 during these two Measurement cycles have not changed and also the natural displacement currents of all branches have remained the same, taking into account the above derivations, the following relationships for the neutral point displacement voltage and the zero currents of a branch or line section of the network.
τjm = -- -i-≤—τj m = - -i-≤—
"e s +YL i^ = ^ -Y + iv " e s + Y L i ^ = ^ -Y + i v
m = s +ψ l∞ =U∞ - Y + i, + tf ne YS +YL " M = s + ψ l∞ = U∞ - Y + i, + t f ne Y S + Y L
Durch elementare Umformung dieser Gleichungen erhält man unmittelbar einen Zusammenhang zwischen den Differenzen der Sternpunkt-Verlagerungsspannungen und der Nullströme vor und nach einem Fehlerfall eines beliebigen Abzweiges k.By elementally transforming these equations, a relationship is immediately obtained between the differences in the neutral point displacement voltages and the zero currents before and after a fault in any branch k.
oderor
Ai{s) = F(s)- Au(s)Ai {s) = F (s) - Au (s)
Die Übertragungsfunktion F(s) ist dabei für einen fehlerhaften Abzweig durch a3 The transfer function F (s) is through for a faulty branch a 3
F{s] ) = (y - ~Ys - - γL ' aι + a2 S -r s mit : a1 = 8m ~ - 8s - - 8L F {s]) = (y - ~ Ys - - γ L 'a ι + a 2 S -rs with: a 1 = 8 m ~ - 8s - - 8 L
«2 = : C(k) - -cs «2 =: C (k) - -c s
1 a3 = L1 a 3 = L
und für einen fehlerfreien Abzweig durchand for a faultless branch
mit With
«1 = 8 k) a2 = : C k) «1 = 8 k) a 2 =: C k)
gegeben. Durch entsprechende andere Annahmen und Erweiterungen des Modells bei der Herleitung des obigen Zusammenhanges ist es natürlich auch möglich, Differential- bzw. Differenzengleichungen höherer Ordnungen, beziehungsweise in äquivalenter integraler Form, S n) = alS1(n)A- a2S2(n)+ a3S3(n)A-... A- amSm(n), zu erhalten und die weiteren Auswertungen anhand dieser Gleichungen durchzuführen.given. By corresponding other assumptions and extensions of the model when deriving the above relationship, it is of course also possible to make differential or difference equations of higher orders, or in an equivalent integral form, S n) = a l S 1 (n) A- a 2 S 2 (n) + a 3 S 3 (n) A -... A- a m S m (n), and to carry out further evaluations using these equations.
Wie man sieht, unterscheidet sich die Übertragungsfunktion F(s) für den fehlerfreien Fall vom Fehlerfall nur durch die Koeffizienten av a2 und a3. Dadurch ist es möglich aufgrund der Werte der Koeffizienten aλ, a2 und a3 Aussagen darüber zu treffen, ob ein Abschnitt k des Netzes fehlerfrei oder fehlerbehaftet ist, da direkt einsichtlich folgendes gelten muss.As can be seen, the transfer function F (s) for the error-free case differs from the error case only by the coefficients a v a 2 and a 3 . This makes it possible, based on the values of the coefficients a λ , a 2 and a 3, to make statements as to whether a section k of the network is error-free or faulty, since the following must apply directly.
av a2 < 0 => der betrachtete Abschnitt k des Netzes ist fehlerhaft, da von dem abzweigspezifischen Leitwert g(k) und der abzweigspezifischen Kapazität Cm zumindest jene des Gesamtnetzes abgezogen werden.a v a 2 <0 => the section k of the network under consideration is faulty, since at least those of the overall network are subtracted from the branch-specific conductance g (k) and the branch-specific capacitance C m .
a1, a2 > 0 = der betrachtete Abschnitt k des Netzes ist fehlerfrei, da nur der abzweigspezifische Leitwert gw und die abzweigspezifische Kapazität Cw vorkommen.a 1 , a 2 > 0 = the section k of the network under consideration is error-free since only the branch-specific conductance g w and the branch-specific capacitance C w occur.
a3 = 0 => das Netz wird sternpunktisoliert betrieben.a 3 = 0 => the network is operated with neutral isolation.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ortung eines einpoligen Erdfehlers reduziert sich also auf die Bestimmung der Koeffizienten a a2 und a3 aus dem Gleichungssystem The method according to the invention for locating a single-pole earth fault is therefore reduced to the determination of the coefficients aa 2 and a 3 from the system of equations
Bei Kenntnis der Sternpunkt-Verlagerungsspannungsdifferenz Au und der Nullstromdifferenz Ai als Funktionen der Zeit, können nun mit einem geeigneten Koeffizientenschätzverfahren die drei Koeffizienten av a2 und a3 so bestimmt werden, dass der Gleichungsfehler obiger, in den Zeitbereich rücktransformierter Gleichung im Sinne der Bestapproximation der Summe der Gleichungsfehler über eine Anzahl von Samples im quadratischen Mittel minimiert wird. Diese Aufgabe kann auch durch Anwendung von Methoden im Bildbereich, wie zum Beispiel geeigneten Parameterschätzverfahren auf der Grundlage der z-Transformation oder Bilineartransformation gelöst werden. Natürlich können all diese Methoden auch auf integrale Formen obiger Gleichungen zur Anwendung gebracht werden. Insbesondere wird hier stellvertretend eine Methode zur Bestimmung der Koeffizienten a a2 und a3 vorgestellt.If the star point displacement voltage difference Au and the zero current difference Ai are known as functions of time, the three coefficients a v a 2 and a 3 can now be determined with a suitable coefficient estimation method so that the equation error of the above equation transformed back into the time domain in the sense of the best approximation the sum of the equation errors is minimized over a number of samples in the quadratic mean. This task can also be solved by using methods in the image area, such as suitable parameter estimation methods based on the z-transformation or bilinear transformation. Of course, all of these methods can also be applied to integral forms of the above equations. In particular, a method for determining the coefficients aa 2 and a 3 is presented here as a representative.
Die Beziehung zwischen den Nullstromdifferenzen und den Sternpunkt- Verlagerungsspannungsdifferenzen beziehungsweise zwischen den Nullströmen und der Verlagerungsspannung vor und nach dem Eintreten eines Erdfehlers gemäß der obigen Gleichung wird zuerst mit dem Kehrwert der komplexen Frequenzvariable s multipliziert und anschließend in den Zeitbereich zurücktransformiert, wodurch sich im Zeitbereich folgender Zusammenhang ergibt.The relationship between the zero current differences and the neutral point displacement voltage differences or between the zero currents and the zero sequence voltage before and after the occurrence of an earth fault according to the above equation is first multiplied by the reciprocal of the complex frequency variable s and then transformed back into the time domain, which results in the following in the time domain Connection results.
mit : With :
Bei der Anwendung von Gleichungen höherer Ordnung, ergeben sich entsprechende weitere Funktionen S4(t ),..., Sm(t) und zugehörige Koeffizienten a4,...,am , die zur Analyse des Fehlerzustandes entsprechend ausgewertet werden müssen. When using higher-order equations, corresponding further functions S 4 (t), ..., S m (t) and associated coefficients a 4 , ..., a m result , which must be evaluated accordingly in order to analyze the error state ,
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand der beispielhaften Fig. 2 beschrieben. Aufgrund der numerischen Funktionsweise des Verfahrens ist es notwendig, die Zeitfunktionen der Sternpunkt- Verlagerungsspannung Une(t) sowie des Nullstromes t0(t) jedes zu überwachenden Abzweiges oder Leitungsabschnittes des Netzes zu äquidistantenThe method according to the invention is described below with reference to the exemplary FIG. 2. Due to the numerical functioning of the method, it is necessary the time functions of the neutral point displacement voltage U ne (t) and the zero current t 0 (t) of each branch or line section of the network to be monitored are equidistant
Zeitpunkten, entsprechend einer Abtastzeit T = — mit der Abtastfrequenz fA , zuInstants corresponding to a sampling time T = - at the sampling frequency f A
JA digitalisieren und in Form von Messwertfolgen Une(nT), oder in einfacherer Schreibweise Une(n), und i0{nT) , oder in einfacherer Schreibweise i0(n), in einem Speicher 7 zu speichern. Dazu werden die Sternpunkt- Verlagerungsspannung Une(n), bzw. eine der Sternpunkt-Verlagerungsspannung proportionalen Messgröße, und der Nullstrom i0(n) jedes zu überwachenden Abzweiges oder Leitungsabschnittes mit einer Spannungsmesseinheit 2 beziehungsweise mit Strommesseinheiten 3 gemessen und mittels Analog/Digital-Wandlern 4 digitalisiert. Die Abtastfrequenz fA wird dabei vorzugsweise als ein ganzzahliges Vielfaches der Netzfrequenz fN gewählt. Aus diesen Messwertfolgen können nun in einfacher Weise Messwertdifferenzen gebildet werden, wobei immer der gespeicherte Messwert eines ganzzahligen Vielfachen von vorhergehenden Netzfrequenzperioden vom momentanen Messwert abgezogen wird, also im Fehlerfall der Messwert vor dem Eintritt des Fehlers vom Messwert im Fehlerfall, gemäß der oben angeführten Beziehungen, und die so entstehenden Messwertdifferenzfolgen Au(n) und Ai(n) ebenfalls abgespeichert werden.Digitize YES and store it in a memory 7 in the form of measured value sequences U ne (nT), or in a simpler notation U ne (n), and i 0 {nT), or in a simpler notation i 0 (n). For this purpose, the neutral point displacement voltage U ne (n), or a measured variable proportional to the neutral point displacement voltage, and the zero current i 0 (n) of each branch or line section to be monitored are measured with a voltage measuring unit 2 or with current measuring units 3 and by means of analog / digital -Converters 4 digitized. The sampling frequency f A is preferably chosen as an integer multiple of the network frequency f N. Measured value differences can now be easily formed from these measured value sequences, with the stored measured value of an integer multiple of previous mains frequency periods always being subtracted from the current measured value, i.e. in the event of an error, the measured value before the error occurs from the measured value in the event of an error, in accordance with the relationships given above and the resultant measurement difference sequences Au (n) and Ai (n) are also stored.
Dazu ist es günstig, dass die Speicher 7 als ringförmige Speicher organisiert werden und die Länge der Messwertspeicher M genau einem ganzzahligen Vielfachen des Quotienten aus Abtastfrequenz fA und Netzfrequenz fN entspricht, da es dann sehr einfach ist den Messwert eines ganzzahligen Vielfachen einer vorhergehenden Periode aufzufinden. Diese Messwerterfassung wird solange kontinuierlich durchgeführt, bis ein Erdfehler 8 erkannt wird. Dieser Fehlereintritt ist durch eine plötzliche Änderung von Δw(t) und/oder Δz"(t) zu erkennen, da im fehlerfreien stationären Zustand des Netzes beide Größen annähernd Null sein müssen. Zur Erkennung von nieder- oder mittelohmigen Erdfehlern kann das erfindungsgemäße Verfahren statt mit den Differenzwerten Δw(t) und Δz'(t) auch mit denFor this purpose, it is expedient for the memories 7 to be organized as ring-shaped memories and for the length of the measured value memories M to correspond exactly to an integral multiple of the quotient of the sampling frequency f A and the network frequency f N , since it is then very simple to measure an integral multiple of a previous period find. This measurement value acquisition is carried out continuously until an earth fault 8 is detected. This occurrence of the fault can be recognized by a sudden change in Δw (t) and / or Δz " (t), since both variables must be approximately zero in the fault-free stationary state of the network. The method according to the invention can be used to detect low- or medium-resistance earth faults with the difference values Δw (t) and Δz ' (t) also with the
Messwerten Sternpunkt- Verlagerungsspannung Une(n) und Nullstrom i0(n) selbst durchgeführt werden. Dabei muss die Abtastfrequenz fA nicht mehr zwingendermaßen einem ganzzahligen Vielfachen der Netzfrequenz fN entsprechen.Measured values of neutral point displacement voltage U ne (n) and zero current i 0 (n) can be carried out by yourself. The sampling frequency f A no longer necessarily has to correspond to an integer multiple of the network frequency f N.
Bei Fehlereintritt werden die Messwertdifferenzen mit vordefinierten Triggerschwellen verglichen und an der Anzeigeeinrichtung 6 ein Fehler angezeigt, wenn eine vorgegebene Anzahl der Absolutbeträge der Differenzen hintereinanderfolgend die zugehörige Triggerschwelle überschreiten und/oder die Absolutbeträge der Momentanwerte der Sternpunkt- Verlagerungsspannung Une(n) eine vordefinierte Triggerschwelle hintereinanderfolgend für eine vordefinierte Anzahl überschreiten. Nach dem Erkennen eines Erdfehlers 8 werden noch genau N Differenzen von Messwerten gebildet und abgespeichert, wobei gilt N<M. Aus diesen N Messwertdifferenzen lassen sich in der Auswerteeinheit 5 die zugehörigen Integrale als Funktion der zeit durch numerische Integration, z.B. mit Hilfe der Trapez- oder Simpsonregel, in einfacher Weise berechnen. Begonnen wird mit den numerischen Integrationen zum Zeitpunkt t=0, also bei Fehlereintritt. Somit reduziert sich das mathematische Problem darauf, mit Hilfe der nun bekannten Funktionen S^t), S2(t), S3(t) und S.(t), bzw. deren numerisch ermittelten Wertefolgen S^n), S2(n), S3(n) und S,(ra), unterWhen an error occurs, the measured value differences are compared with predefined trigger thresholds and an error is displayed on the display device 6 when a predetermined number of the absolute amounts of the differences successively exceed the associated trigger threshold and / or the absolute amounts of the instantaneous values of the Neutral point displacement voltage U ne (n) successively exceed a predefined trigger threshold for a predefined number. After detection of an earth fault 8, exactly N differences of measured values are formed and stored, where N <M. From these N measured value differences, the associated integrals can be calculated in the evaluation unit 5 as a function of time by numerical integration, for example with the aid of the trapezoid or Simpson rule. It starts with the numerical integrations at time t = 0, i.e. when an error occurs. The mathematical problem is thus reduced to this with the help of the now known functions S ^ t), S 2 (t), S 3 (t) and S. (t), or their numerically determined value sequences S ^ n), S 2 (n), S 3 (n) and S, (ra), below
Verwendung der Differentialgleichung bzw. Differenzengleichung 2. Ordnung in deren integralen Form für jeden überwachten Abzweig oder Leitungsabschnitt des Netzes die noch unbekannten Koeffizienten ax, a2 und a3 so zu bestimmen, dass die Gleichheit der linken und rechten Seite der obigen Gleichung über eine vorgegebene Anzahl von Samples bestmöglich erfüllt wird. Es lässt sich zeigen, dass sich die Koeffizienten a a2 und a aus einem linearen Gleichungssystem dritter Ordnung bestimmen lassen und die so bestimmten Koeffizienten bestapproximierend bezüglich der Minimierung der Summe der Fehlerquadrate der Gleichungsfehler sind. Durch Lösen des linearen GleichungssystemesUsing the differential equation or 2nd order difference equation in its integral form for each monitored branch or line section of the network to determine the as yet unknown coefficients a x , a 2 and a 3 so that the equality of the left and right side of the above equation is determined by a predetermined number of samples is fulfilled as best as possible. It can be shown that the coefficients aa 2 and a can be determined from a third-order linear system of equations, and the coefficients thus determined are best approximating with respect to minimizing the sum of the error squares of the equation errors. By solving the linear system of equations
C - a = b ,C - a = b,
mit einem aus den drei Koeffizienten a-t, a2 und a3 bestehenden Lösungsvektor α , einer 3x3 Matrix C und einem dreidimensionalen Vektor b , deren Elemente durch folgende Beziehungen ermittelt werden,with a solution vector α consisting of the three coefficients a- t , a 2 and a 3 , a 3x3 matrix C and a three-dimensional vector b, the elements of which are determined by the following relationships,
und and
können nun die drei Koeffizienten α α2 und 3 ermittelt werden.the three coefficients α α 2 and 3 can now be determined.
Die Lösung dieses linearen Gleichungssystems 3. Ordnung, für jeden überwachten Abzweig oder Leitungsabschnitt des Netzes, kann wiederum mit jedem beliebigen bekannten Verfahren gefunden werden und liefert die drei Koeffizienten ai, a2 und a3 die anschließend entsprechend der allgemeinen obigen Erläuterungen ausgewertet werden können. Darüber hinaus können Schalthandlungen im Netz, also das Zuschalten oder Wegschalten eines Abzweiges oder Leitungsabschnittes sehr einfach festgestellt werden, da direkt ersichtlich vor beziehungsweise nach einer Schalthandlung alle Messwerte vorher beziehungsweise nachher im Wesentlichen Null sein müssen. In diesem Fall soll natürlich kein Fehlerzustand angezeigt werden.The solution of this 3rd order linear system of equations, for each monitored branch or line section of the network, can again be found by any known method and supplies the three coefficients ai, a 2 and a 3 which subsequently can be evaluated according to the general explanations above. In addition, switching operations in the network, that is to say the connection or disconnection of a branch or line section, can be determined very easily, since directly evident before or after a switching operation, all measured values before or after must be essentially zero. In this case, of course, no error status should be displayed.
Nach der Ortung des Erdfehlers 8 beziehungsweise einer Schalthandlung, also der Zuordnung zu einem bestimmten Abzweig oder Leitungsabschnitt des Netzes, gemäß der zugehörigen Koeffizienten ai, a2 und a3, wird das Ende des Fehlerzustandes abgewartet und wieder mit der Messwerterfassung begonnen. Das Ende des Fehlerzustandes erkennt man durch Messung und Überwachung der Sternpunkt-Verlagerungsspannung, wobei die Fehlermeldung zurückgenommen wird, wenn die Sternpunkt-Verlagerungsspannung eine vordefinierte Fehlerfrei-Schwelle unterschreitet.After the location of the earth fault 8 or a switching operation, i.e. the assignment to a specific branch or line section of the network, in accordance with the associated coefficients ai, a 2 and a 3 , the end of the fault state is awaited and measurement data acquisition is started again. The end of the error state can be recognized by measuring and monitoring the neutral point displacement voltage, the error message being withdrawn if the neutral point displacement voltage falls below a predefined error-free threshold.
Die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist lediglich beispielhaft und in keiner Weise einschränkend. Insbesondere sind alle einem Fachmann bekannten Methoden zur Ermittlung der Koeffizienten a^ a2 und a3 äquivalent einsetzbar.The description of the method according to the invention is merely exemplary and is in no way restrictive. In particular, all methods known to a person skilled in the art for determining the coefficients a ^ a 2 and a 3 can be used equivalently.
Aufgrund der technischen Auslegung der Löschspule ist es möglich, dass während des transienten Einschwingens des Gesamtnetzes nach dem Auftreten eines Erdfehlers in der Löschspule magnetische Sättigungseffekte auftreten, die jedoch im obigen mathematischen Modell nicht berücksichtigt werden. Wie sich leicht zeigen lässt, kann durch die Funktion Sj(t) beziehungsweise Sj(n) der magnetische Sättigungszustand der Löschspule rekonstruiert werden, da aufgrund des Induktionsgesetzes eine Proportionalität zwischen der ersten Ableitung des magnetischen Flusses nach der Zeit und der Spulenspannung, also der Verlagerungsspannung, besteht. Natürlich bleibt diese Proportionalität bis auf eine additive Konstante auch für die zeitlichen Integrale der beiden Größen aufrecht. Also kann davon ausgegangen werden, dass die Änderung des magnetischen Flusses ab den Zeitpunkt des Fehlereintrittes proportional zur Änderung des Verlagerungsspannungsintegrales, also näherungsweise proportional zur Funktion ^(t) beziehungsweise S^n) ist. Wird nun der Approximationsprozess, beginnend beim Zeitpunkt Null, also bei Fehlereintritt, nur bis zu jenem Zeitpunkt durchgeführt, bei dem der Absolutbetrag der Funktion Sl (t) beziehungsweise Sx(n) größer als eine vordefinierte Sättigungsschwelle wird, so kann davon ausgegangen werden, dass nur die Messwerte jener Prozesszustände zur Auswertung gelangen, bei denen sichergestellt ist, dass die Löschspule nicht magnetisch gesättigt und daher das unterstellte mathematische Modell korrekt ist . Außerdem liegt es im Bereich der Erfindung anstatt einer lokalen Messwerterfassung und Messwertauswertung für jeden Leitungsabschnitt, wie in Fig. 2 dargestellt, diese zentral an einer beliebigen Stelle des Netzes, anzuordnen, d.h. es ist nur eine Auswerteeinheit, ein Speicher und ein Display vorgesehen. Dabei wird die Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une(t) zum Beispiel am Sternpunkt des Speisetransformators gegen Erde oder durchDue to the technical design of the quenching coil, it is possible that during the transient oscillation of the entire network after the occurrence of an earth fault in the quenching coil, magnetic saturation effects occur, which are not considered in the above mathematical model. As can be easily shown, the function S j (t) or S j (n) can be used to reconstruct the magnetic saturation state of the quenching coil, because due to the law of induction, a proportionality between the first derivative of the magnetic flux according to time and the coil voltage, i.e. the displacement voltage. Of course, this proportionality remains the same for the temporal integrals of the two quantities except for an additive constant. It can therefore be assumed that the change in magnetic flux from the time the error occurs is proportional to the change in the displacement voltage integral, i.e. approximately proportional to the function ^ (t) or S ^ n). If the approximation process, starting at zero time, i.e. when an error occurs, is only carried out up to the point in time at which the absolute value of the function S l (t) or S x (n) becomes greater than a predefined saturation threshold, this can be assumed that only the measured values of those process states are evaluated for which it is ensured that the quenching coil is not magnetically saturated and the mathematical model assumed is therefore correct. In addition, it is within the scope of the invention instead of local measurement value acquisition and measurement value evaluation for each line section, as shown in FIG. 2, to be arranged centrally at any point in the network, ie only one evaluation unit, a memory and a display are provided. The neutral point displacement voltage U ne (t) is, for example, at the neutral point of the supply transformer against earth or through
Summenbildung der drei Phasen - Erdspannungen gemessen und digitalisiert der Auswerteeinheit zugeführt. Die Nullströme werden nach wie vor für jeden Leitungsabschnitt gemessen und beispielsweise digital zur Auswerteeinheit übertragen. Die Auswertung des Zustandes jedes einzelnen erfassten Leitungsabschnittes erfolgt dann nach dem oben beschriebenen Verfahren in der Auswerteeinheit. Ebenso sind natürlich auch beliebigeSum formation of the three phases - earth voltages measured and digitized fed to the evaluation unit. The zero currents are still measured for each line section and, for example, digitally transmitted to the evaluation unit. The evaluation of the state of each individual line section detected is then carried out in the evaluation unit using the method described above. Of course, there are also any
Kombinationen zwischen lokaler und zentraler Messwerterfassung und Messwertauswertung durch die Erfindung erfasst.Combinations between local and central measured value acquisition and measured value evaluation acquired by the invention.
Weiters liegt die Anordnung und die Anzahl der verwendeten A/D-Wandler im Ermessen eines Fachmannes. Insbesondere ist es auch denkbar Mikrocomputer mit bereits integrierten A/D-Wandlern zu verwenden. Furthermore, the arrangement and the number of A / D converters used are at the discretion of a person skilled in the art. In particular, it is also conceivable to use microcomputers with already integrated A / D converters.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Ortung von einpoligen Erdfehlern in einem Abzweig oder einem Leitungsabschnitt eines sternpunktkompensierten oder sternpunktisolierten elektrischen Versorgungsnetzes, bei welchem eine Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une , beziehungsweise eine der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une proportionale Messgröße, und ein Nullstrom i^k) , beziehungsweise eine dem Nullstrom i0 (k) proportionale Messgröße, jedes zu überwachenden Abzweiges oder Leitungsabschnittes k des Netzes in einer geeigneten Weise gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une und der Nullströme ijf* zu vorbestimmten1. Method for locating single-pole earth faults in a branch or a line section of a star point-compensated or star point-insulated electrical supply network, in which a neutral point displacement voltage U ne , or one of the measurement points proportional to the neutral point displacement voltage U ne , and a zero current i ^ k) , respectively a measured variable proportional to the zero current i 0 (k) of each branch or line section k of the network to be monitored can be measured in a suitable manner, characterized in that the measured values of the neutral point displacement voltage U ne and the zero currents ijf * are predetermined
Zeitpunkten digitalisiert werden und die Messwerte in digitaler Form in zumindest einen elektronischen Speicher abgelegt werden und dass die gespeicherten Messwerte von zumindest einer Messung vor und zumindest einer Messung nach einem Fehlereintritt mit einem geeigneten mathematischen Verfahren zur Ortung von einpoligen Erdfehlern ausgewertet werden.Points of time are digitized and the measured values are stored in digital form in at least one electronic memory and that the stored measured values from at least one measurement before and at least one measurement after an error occurs are evaluated using a suitable mathematical method for locating single-pole earth faults.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der funktioneile Zusammenhang des Verhaltens von Abzweig- bzw. Leitungsabschnitt-Nullstrom A) jedes zu überwachenden Abzweiges oder Leitungsabschnittes k des Netzes und der Sternpunkt- Verlagerungsspannung Une sowohl für den Fall der Fehlerfreiheit, als auch für den Fehlerfall durch eine lineare Differentialgleichung oder Differenzengleichung zweiter oder höherer Ordnung, beziehungsweise durch deren zugehörige äquivalente Gleichung in integraler Form, vorzugsweise in deren numerischer Schreibweise,2. The method according to claim 1, characterized in that the functional relationship of the behavior of branch or line section zero current A) each branch or line section k to be monitored of the network and the neutral point displacement voltage U ne both in the case of freedom from errors, as also in the event of a fault by means of a linear differential equation or difference equation of second or higher order, or by means of its associated equivalent equation in an integral form, preferably in its numerical notation,
S, (n) = , Sa (n) + a2S2 (n) + «3S3 (/») [+... + amSm (n)] beschrieben wird und dass sich der Fehlerfall vom Fall der Fehlerfreiheit nur durch Koeffizienten ai, a2 und a3, bis gegebenenfalls am, unterscheidet.S, (n) =, S a (n) + a 2 S 2 (n) + « 3 S 3 (/») [+ ... + a m S m (n)] and that the fault occurs from the case of correctness only by coefficients ai, a 2 and a 3 , up to a m if necessary.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sternpunkt- Verlagerungsspannung Une und die Nullströme i^k) zu äquidistanten Zeitpunkten T ,3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the neutral point displacement voltage U ne and the zero currents i ^ k) at equidistant times T,
1 entsprechend einer vorgegebenen Abtastfrequenz fA , mit T = — , gemessen werden.1 can be measured according to a predetermined sampling frequency f A , with T = -.
JAYES
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastfrequenz fA so gewählt wird, dass sie einem ganzzahligen Vielfachen der Netzfrequenz fN entspricht. 4. The method according to claim 3, characterized in that the sampling frequency f A is selected so that it corresponds to an integer multiple of the network frequency f N.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass kontinuierlich aus den momentanen Messwerten, zum Zeitpunkt nT , und den entsprechenden gespeicherten Messwerten einer ganzzahligen Anzahl j vorhergehender Netzperioden, der Sternpunkt- Verlagerungsspannung U„e und der Nullströme i^k) nach den Beziehungen5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that continuously from the instantaneous measured values, at time nT, and the corresponding stored measured values of an integer number j of previous network periods, the neutral point displacement voltage U " e and the zero currents i ^ k) relationships
je ein Differenzwert für den Νullstrom Ai(k)(n) jedes zu überwachenden Abzweiges oder Leitungsabschnittes des Netzes und der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Au(n) gebildet wird und diese Differenzwerte in digitaler Form in elektronischen Speichern abgelegt werden. A difference value for the zero current Ai (k) (n) of each branch or line section of the network to be monitored and the neutral point displacement voltage Au (n) is formed and these difference values are stored in digital form in electronic memories.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Absolutbeträge der Momentanwerte der Differenzwerte Aim(n) jedes zu überwachenden Abzweiges oder6. The method according to claim 5, characterized in that the absolute amounts of the instantaneous values of the difference values Ai m (n) of each branch or to be monitored
Leitungsabschnittes und Au(n) mit vordefinierten Triggerschwellen verglichen werden und ein Fehlerzustand im Netz erkannt wird, wenn durch einen oder mehreren der Absolutbeträge der Differenzwerte die zugehörige Triggerschwelle hintereinanderfolgend für eine vordefinierte Anzahl überschritten wird und/oder die Absolutbeträge der Momentanwerte der Sternpunkt- Verlagerungsspannung Une(n) eine vordefinierte Triggerschwelle hintereinanderfolgend für eine vordefinierte Anzahl überschreiten und dass dieser Fehlereintritt an einer Ausgabeeinheit, beispielsweise ein Ausgabekontakt oder ein elektronisches Display, angezeigt wird.Line section and Au (n) are compared with predefined trigger thresholds and a fault condition is detected in the network if the associated trigger threshold is successively exceeded for a predefined number by one or more of the absolute values of the difference values and / or the absolute amounts of the instantaneous values of the neutral point displacement voltage U ne (n) successively exceed a predefined trigger threshold for a predefined number and that this error occurrence is indicated on an output unit, for example an output contact or an electronic display.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus den gespeicherten Differenzwerten Aiik)(n) und Au(n) mit Hilfe einer beliebigen numerischen Integrationsmethode, beispielsweise der Trapezregel, der Simpsonregel, oder einem numerischen Integrationsverfahren höherer Ordnung, die Wertefolgen S,(«), S^n), S2(n) und7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that from the stored difference values Ai ik) (n) and Au (n) using any numerical integration method, for example the trapezoidal rule, the Simpson rule, or a numerical integration method of higher order, the Sequences of values S, («), S ^ n), S 2 (n) and
S3(n), bis gegebenenfalls Sm(n), wobei der Index n den Wert der jeweiligen Wertefolge zum Zeitpunkt nT und der Index 0 den Zeitpunkt des Fehlereintrittes bezeichnet, der Funktionen S,(t), Sj(t), S2(t) und S3(t) entsprechend den Beziehungen ermittelt und gespeichert werden.S 3 (n), until possibly S m (n), where the index n denotes the value of the respective sequence of values at the time nT and the index 0 the time at which the error occurred, of the functions S, (t), S j (t), S 2 (t) and S 3 (t) according to the relationships be determined and saved.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die8. The method according to any one of claims 2 to 7, characterized in that the
Koeffizienten a , a2 und a3, bis gegebenenfalls am, durch eine beliebige Methode, vorzugsweise durch eine Methode im Zeitbereich, oder im Bildbereich einer beliebigen Transformation, beispielsweise der Z-Transformation, so bestimmt werden, dass die Differentialgleichung oder Differenzengleichung , bzw. die dazu äquivalente Gleichung in integraler Form, für den funktionellen Zusammenhang von Nullstrom i^ eines überwachten Abzweiges oder Leitungsabschnittes k und der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une für eine vorgegebene Anzahl von Samples bestmöglich erfüllt wird und dass die Werte der ermittelten Koeffizienten a^ a2 und a3, bis gegebenenfalls am, als Fehlererkennungskriterien für den entsprechenden überwachten Abzweig oder Leitungsabschnitt herangezogen werden.Coefficients a, a 2 and a 3 , up to a m if necessary, can be determined by any method, preferably by a method in the time domain, or in the image domain of any transformation, for example the Z transformation, such that the differential equation or difference equation, or the equation equivalent to this in integral form for the functional relationship between zero current i ^ of a monitored branch or line section k and the neutral point displacement voltage U ne for a predetermined number of samples is optimally fulfilled and that the values of the determined coefficients a ^ a 2 and a 3 , until a m if appropriate, are used as error detection criteria for the corresponding monitored branch or line section.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest einen zu überwachenden Abzweig oder Leitungsabschnitt des Netzes die Koeffizienten a , a2 und a3 aus einem linearen Gleichungssystem dritter Ordnung, C-a = b , mit einem aus den drei Koeffizienten a-\, a2 und a3 bestehenden Lösungsvektor a , einer 3x3 Matrix C und einem dreidimensionalen Vektor b , deren Elemente aus den berechneten und gespeicherten Wertefolgen S;(rc), S^n), S2(n) und S3(n) durch folgende Beziehungen ermittelt werden, cv = ∑Sk{n)-Sj{n) V * e { 3} n=l und9. The method according to claim 7, characterized in that for at least one branch or line section of the network to be monitored, the coefficients a, a 2 and a 3 from a third-order linear system of equations, Ca = b, with one of the three coefficients a- \ , a 2 and a 3 existing solution vector a, a 3x3 matrix C and a three-dimensional vector b, whose elements from the calculated and stored value sequences S ; (rc), S ^ n), S 2 (n) and S 3 (n) can be determined by the following relationships, c v = ∑S k {n) -S j {n) V * e {3} n = l and
&, = ∑S,.(ra) («) \/ ke {1,2,3}, berechnet werden und dass die Werte der so ermittelten Koeffizienten ai, a2 und a3 als Fehlererkennungskriterien für den entsprechenden überwachten Abzweig oder Leitungsabschnitt herangezogen werden.& = Strength at yield. (ra) («) \ / ke {1,2,3}, and that the values of the coefficients ai, a 2 and a 3 thus determined as Error detection criteria can be used for the corresponding monitored branch or line section.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein überwachter Leitungsabschnitt oder Abzweig als fehlerhaft erkannt wird, wenn die zugehörigen Koeffizienten ai und/oder a2 negativ oder kleiner einer vordefinierten Schwelle sind und als fehlerfrei erkannt wird, wenn die zugehörigen Koeffizienten ai und/oder a2 positiv oder größer einer vordefinierten Schwelle sind und dass a3 in einem sternpunktisolierten Netz null wird.10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that a monitored line section or branch is recognized as faulty if the associated coefficients ai and / or a 2 are negative or less than a predefined threshold and is recognized as error-free if the associated coefficients ai and / or a 2 are positive or greater than a predefined threshold and that a 3 becomes zero in a star point isolated network.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der detektierte Fehlerzustand als ein Zuschalten oder Wegschalten dieses Abzweiges oder11. The method according to claim 10, characterized in that the detected error state as a connection or disconnection of this branch or
Leitungsabschnittes des Netzes erkannt wird, wenn alle Messwerte U„e und i diesesLine section of the network is recognized when all measured values U " e and i this
Abzweiges oder Leitungsabschnittes k vor beziehungsweise nach dem Zeitpunkt der Schalthandlung im Wesentlichen Null sind und dass in diesem Fall kein Fehlerzustand angezeigt wird.The branch or line section k is essentially zero before or after the time of the switching operation and that in this case no fault condition is displayed.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzwert für den Nullstrom Ai(k)(n) jedes zu überwachenden Abzweiges und Leitungsabschnittes des Netzes und/oder der Differenzwert für die Sternpunkt- Verlagerungsspannung Au{n) gleich der momentanen Messwerte der Nullströme i bzw. der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une zum Zeitpunkt nT gesetzt wird.12. The method according to any one of claims 5 to 11, characterized in that the differential value for the zero current Ai (k) (n) of each branch and line section of the network to be monitored and / or the differential value for the neutral point displacement voltage Au {n) is the same the current measured values of the zero currents i or the neutral point displacement voltage U ne at the time nT.
^W^ J ^ „.{0,1,2,...,*}^ W ^ J ^ „. {0,1,2, ..., *}
Δu(n):= [Uπa(n)JΔu (n): = [U πa (n) J
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Fehlerzustandes im Netz erkannt wird, wenn der Effektivwert oder Absolutbetrag der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Um eine vordefinierte Fehlerfrei-Schwelle für eine vorgegebene Zeit unterschreitet.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the end of the fault condition in the network is detected when the effective value or absolute value of the neutral point displacement voltage U m falls below a predefined error-free threshold for a predetermined time.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die digitalisierten Messwerte der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une und der Nullströme ι( 0 sequentiell in je einen, vorzugsweise ringförmig organisierten, elektronischen Speicher der Länge M abgelegt werden. 14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the digitized measured values of the neutral point displacement voltage U ne and the zero currents ι ( 0 are stored sequentially in each, preferably a ring-shaped, electronic memory of length M.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge M des ringförmigen Speichers so gewählt wird, dass sie einem ganzzahligen Vielfachen des Quotienten aus Abtastfrequenz fA und Netzfrequenz fN entspricht.15. The method according to claim 14, characterized in that the length M of the annular memory is selected so that it corresponds to an integer multiple of the quotient of the sampling frequency f A and the network frequency f N.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten Differenzwerte Ai(k)(n) und Au(n) sequentiell in, vorzugsweise ringförmig organisierten, elektronischen Speichern der Länge N abgelegt werden und die Länge N kleiner oder gleich als die Länge M gewählt wird.16. The method according to claim 14 or 15, characterized in that the calculated difference values Ai (k) (n) and Au (n) are stored sequentially in, preferably ring-shaped, electronic memories of the length N and the length N is less than or equal to the length M is chosen.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erkennen eines Fehlerzustandes noch genau N Differenzwerte A k)(n) und Au(n) der Sternpunkt- Verlagerungsspannung Une und der Nullströme Q k) gebildet und abgespeichert werden.17. The method according to claim 16, characterized in that after the detection of an error state, exactly N difference values A k) (n) and Au (n) of the neutral point displacement voltage U ne and the zero currents Q k) are formed and stored.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erkennen eines Fehlerzustandes noch genau N Differenzwerte Ai (n) und Au(n) der Sternpunkt- Verlagerungsspannung Une und des Nullstromes i^k) gebildet und abgespeichert werden und danach die Messwerterfassung und die Differenzwertbildung bis zur Erkennung des Endes des Fehlerzustandes unterbrochen wird und dass das Verfahren nach dem Erkennen des Endes des Fehlerzustandes wieder fortgesetzt wird.18. The method according to claim 16, characterized in that after the detection of an error state, exactly N difference values Ai (n) and Au (n) of the neutral point displacement voltage U ne and the zero current i ^ k) are formed and stored and then the measured value acquisition and the formation of the difference value is interrupted until the end of the fault state is recognized and that the method is continued again after the end of the fault state has been recognized.
19. Vorrichtung zur Ortung von einpoligen Erdfehlern in einem Abzweig oder einem Leitungsabschnitt eines sternpunktkompensierten oder sternpunktisolierten elektrischen Versorgungsnetzes, bestehend aus einer Spannungsmesseinheit zum kontinuierlichen Messen der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une , beziehungsweise einer der Sternpunkt- Verlagerungsspannung Une proportionalen Messgröße, sowie für jeden zu überwachenden Abzweig oder Leitungsabschnitt k des Netzes einer Strommesseinheit zum kontinuierlichen Messen des jeweiligen Nullstromes i , beziehungsweise einer dem Nullstrom i^k) proportionalen Messgröße, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Analog/Digital- Wandler vorgesehen ist, der die Messwerte zu bestimmten Zeitpunkten in eine digitale Form umwandelt, dass zumindest ein elektronischer Speicher zum Speichern der digitalisierten Messwerte vorgesehen ist und dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, die zum Ausführen eines geeigneten mathematischen Verfahrens zur Ortung von einpoligen Erdfehlern anhand von Messwerten von zumindest einer Messung vor und zumindest einer Messung nach einem Fehlereintritt geeignet ist. 19. Device for locating single-pole earth faults in a branch or a line section of a star point-compensated or star point-insulated electrical supply network, consisting of a voltage measuring unit for the continuous measurement of the neutral point displacement voltage U ne , or one of the measurement variables proportional to the neutral point displacement voltage U ne , and for each of them Monitoring branch or line section k of the network of a current measuring unit for the continuous measurement of the respective zero current i, or a measurement variable proportional to the zero current i ^ k) , characterized in that at least one analog / digital converter is provided, which converts the measured values at specific times into a converts digital form that at least one electronic memory is provided for storing the digitized measured values and that an evaluation unit is provided which is used to carry out a suitable mathematical method for the location ng of single-pole earth faults based on measured values from at least one measurement before and at least one measurement after an error occurs.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit für jeden zu überwachenden Abzweig oder Leitungsabschnitt k des Netzes die Koeffizienten ai, a2 und a3, bis gegebenenfalls am, einer linearen Differentialgleichung oder Differenzengleichung zweiter oder höherer Ordnung für den funktionellen Zusammenhang zwischen Nullstrom i^k) dieses Abzweiges oder Leitungsabschnittes und der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une , beziehungsweise aus deren äquivalenten Gleichung in integraler Form, vorzugsweise in numerischer Schreibweise, St (n) = a^ (n) + a2S2 (n) + a3S3 (/»)[+... + amSm (n)] durch eine beliebige Methode, vorzugsweise eine numerische Methode, im Zeitbereich oder im Bildbereich einer beliebigen Transformation, beispielsweise der Z-Transformation, berechenbar sind und dass mit diesen Koeffizienten der fehlerhafte Abzweig oder Leitungsabschnitt des Netzes bestimmbar ist.20. The apparatus according to claim 19, characterized in that in the evaluation unit for each branch or line section k to be monitored of the network, the coefficients ai, a 2 and a 3 , up to a m , if applicable, of a linear differential equation or second or higher order difference equation for the functional relationship between zero current i ^ k) of this branch or line section and the neutral point displacement voltage U ne , or from their equivalent equation in integral form, preferably in numerical notation, S t (n) = a ^ (n) + a 2 S 2 (n) + a 3 S 3 (/ ») [+ ... + a m S m (n)] by any method, preferably a numerical method, in the time domain or in the image domain of any transformation, for example the Z transformation , can be calculated and that the faulty branch or line section of the network can be determined using these coefficients.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die21. The apparatus according to claim 19 or 20, characterized in that the
Spannungs- und Strommesseinheiten zur Durchführung von Messungen zu äquidistantenVoltage and current measuring units for performing measurements at equidistant
1 Zeitpunkten T , mit einer vorgebbaren Abtastfrequenz fA und T - — , vorgesehen sind.1 times T, with a predeterminable sampling frequency f A and T - - are provided.
J AYES
22. Vorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass in den Spannungsund Strommesseinheiten als Abtastfrequenz fA ein ganzzahliges Vielfaches der Netzfrequenz fN wählbar ist.22. The apparatus according to claim 21, characterized in that an integral multiple of the mains frequency f N can be selected as the sampling frequency f A in the voltage and current measuring units.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit aus den momentanen Messwerten, zum Zeitpunkt nT , und den entsprechenden gespeicherten Messwerten einer ganzzahligen Anzahl j vorhergehender23. The device according to claim 21 or 22, characterized in that in the evaluation unit from the instantaneous measured values, at the time nT, and the corresponding stored measured values of an integer number j previous
Netzperioden der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une und der Nullströme i^k) nach den BeziehungenNetwork periods of the neutral point displacement voltage U ne and the zero currents i ^ k) according to the relationships
Differenzwerte für die Νullströme Ai(k) (n) jedes zu überwachenden Abzweiges oder Leitungsabschnittes des Netzes und die Sternpunkt-Verlagerungsspannung Au(n) berechenbar sind und dass diese Differenzwerte in digitaler Form in zumindest einem elektronischen Speichern abspeicherbar sind. Differential values for the zero currents Ai (k) (n) of each branch or line section of the network to be monitored and the neutral point displacement voltage Au (n) can be calculated and that these differential values can be stored in digital form in at least one electronic memory.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auswerteeinheit ein Fehlerzustand des Netzes erkennbar und an einer Anzeigeeinheit, beispielsweise ein Ausgabekontakt oder ein elektronisches Display, anzeigbar ist, wenn die Absolutbeträge der Momentanwerte der Differenzwerte Aim(n) und Au(n) vordefinierte24. The device according to claim 23, characterized in that an error state of the network can be identified by means of the evaluation unit and on a display unit. For example, an output contact or an electronic display can be displayed if the absolute amounts of the instantaneous values of the difference values Ai m (n) and Au (n) predefined
Triggerschwellen hintereinanderfolgend für eine vordefinierte Anzahl überschreiten und/oder zusätzlich die Absolutbeträge der Momentanwerte der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une(n) eine vordefinierte Triggerschwelle hintereinanderfolgend für eine vordefinierte Anzahl überschreiten.Trigger thresholds successively for a predefined number and / or additionally the absolute amounts of the instantaneous values of the neutral point displacement voltage U ne (n) exceed a predefined trigger threshold in succession for a predefined number.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit aus den gespeicherten Differenzwerten Ai(k){n) und Au{n) mit Hilfe einer beliebigen numerischen Integrationsmethode, beispielsweise der Trapezregel, der Simpsonregel, oder einem numerischen Integrationsverfahren höherer Ordnung, die25. The device according to claim 23 or 24, characterized in that in the evaluation unit from the stored difference values Ai (k) {n) and Au {n) using any numerical integration method, for example the trapezoidal rule, the Simpson rule, or a numerical integration method higher order that
Wertefolgen S;(n), Sγ{n), S2(n) und S3(n), bis gegebenenfalls Sm(n), wobei der Index n den Wert der jeweiligen Wertefolge zum Zeitpunkt nT und der Index 0 den Zeitpunkt des Fehlereintrittes bezeichnet, der Funktionen S,.(t), Sj(t), S2(t) und S3(t) entsprechend den BeziehungenSequences of values S ; (n), S γ {n), S 2 (n) and S 3 (n), until possibly S m (n), where the index n is the value of the respective value sequence at the time nT and the index 0 is the time of the error occurrence denotes, the functions S,. (t), S j (t), S 2 (t) and S 3 (t) according to the relationships
berechenbar und speicherbar sind. are predictable and storable.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass in der26. The apparatus according to claim 25, characterized in that in the
Auswerteeinheit für zumindest einen zu überwachenden Abzweig oder Leitungsabschnitt des Netzes die Koeffizienten a^ a2 und a3 aus einem linearen Gleichungssystem dritter Ordnung, C -a = b , mit einem aus den drei Koeffizienten ai, a2 und a3 bestehenden Lösungsvektor a , einer 3x3Evaluation unit for at least one branch or line section of the network to be monitored, the coefficients a ^ a 2 and a 3 from a third-order linear system of equations, C -a = b, with a solution vector a consisting of the three coefficients ai, a 2 and a 3 , a 3x3
Matrix C und einem dreidimensionalen Vektor b , deren Elemente aus den gespeichertenMatrix C and a three-dimensional vector b, the elements of which are stored
Wertefolgen S,(n), S^n), S2(n) und S3(n) durch folgende Beziehungen ermittelbar sind,Sequences of values S, (n), S ^ n), S 2 (n) and S 3 (n) can be determined by the following relationships,
= ∑Sk(n)Sj{n) V k, je {1,2,3} n=l und = ∑S,{n)Sk{n) V Λ e {1,2,3}, n=l berechenbar sind und dass mit diesen Koeffizienten der fehlerhafte Abzweig oder Leitungsabschnitt des Netzes bestimmbar ist.= ∑S k (n) S j {n) V k, each {1,2,3} n = l and = ∑S, {n) S k {n) V Λ e {1,2,3}, n = l can be calculated and that the faulty branch or line section of the network can be determined with these coefficients.
27. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit ein Abzweig oder Leitungsabschnitt des Netzes als fehlerhaft erkennbar ist, wenn die zugehörigen Koeffizienten ai und/oder a2 negativ oder kleiner einer vorgegebenen Schwelle sind und als fehlerfrei erkennbar sind, wenn die zugehörigen Koeffizienten a-\ und/oder a2 positiv oder größer einer vorgegebenen Schwelle sind.27. The apparatus of claim 20 or 26, characterized in that a branch or line section of the network can be identified as faulty in the evaluation unit if the associated coefficients ai and / or a 2 are negative or less than a predetermined threshold and can be identified as faultless, if the associated coefficients a- \ and / or a 2 are positive or greater than a predetermined threshold.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit ein Zuschalten oder Wegschalten eines Abzweiges oder28. The device according to claim 27, characterized in that a connection or disconnection of a branch or in the evaluation unit
Leitungsabschnittes des Netzes erkennbar ist, wenn alle Messwerte Une und Q k} diesesLine section of the network is recognizable when all measured values U ne and Q k} this
Abzweiges oder Leitungsabschnittes vor beziehungsweise nach dem Zeitpunkt der Schalthandlung im Wesentlichen Null sind.Branch or line section before or after the time of the switching operation are essentially zero.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzwert für den Nullstrom Ai(k)(n) jedes zu überwachenden Abzweiges oder29. Device according to one of claims 23 to 28, characterized in that the difference value for the zero current Ai (k) (n) of each branch or to be monitored
Leitungsabschnittes des Netzes und/oder der Differenzwert für die Sternpunkt- Verlagerungsspannung Au{n) gleich der momentanen Messwerte der Nullströme z^ bzw. der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Um zum Zeitpunkt nT ist.Line section of the network and / or the difference value for the neutral point displacement voltage Au {n) is equal to the instantaneous measured values of the zero currents z ^ or the neutral point displacement voltage U m at the time nT.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit das Ende des Fehlerzustandes erkennbar ist, wenn der Effektivwert oder der Absolutbetrag der Sternpunkt-Verlagerungsspannung Une eine vordefinierte Fehlerfrei-Schwelle unterschreitet.30. Device according to one of claims 19 to 29, characterized in that the end of the error state is recognizable in the evaluation unit when the effective value or the absolute value of the neutral point displacement voltage U ne falls below a predefined error-free threshold.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest eine zu messende Größe ein, vorzugsweise ringförmig organisierter, elektronischer Speicher der Länge M zum sequentiellen Speichern der digitalisierten Messwerte vorgesehen ist und dass als Länge M der Speicher ein ganzzahliges Vielfaches des Quotienten aus Abtastfrequenz fA und Netzfrequenz fN wählbar ist. 31. Device according to one of claims 19 to 30, characterized in that for at least one variable to be measured, a preferably ring-shaped, electronic memory of length M is provided for sequential storage of the digitized measurement values and that the length M is an integer multiple the quotient of sampling frequency f A and network frequency f N can be selected.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass für die Differenzwerte zumindest einer zu messenden Größe ein, vorzugsweise ringförmig organisierter, elektronischer Speicher der Länge N zum sequentiellen Speichern der Differenzwerte vorgesehen ist.32. Device according to one of claims 23 to 31, characterized in that for the difference values of at least one variable to be measured, a preferably annularly organized electronic memory of length N is provided for sequential storage of the difference values.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit ein Mikroprozessor ist. 33. Device according to one of claims 19 to 32, characterized in that the evaluation unit is a microprocessor.
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